气候变暖温度模式对3种麦蚜种群影响及长期趋势情景模拟

气候变暖的缓慢长期性降低了实验手段研究其对昆虫影响的有效性，已有虫情数据在种类和地域上的局限也制约了以历史推未来的普遍实用性，因此，以温度等多因子驱动的种群模型来模拟气候变暖对昆虫影响成为国际上该领域研究的主要手段。本项目的前期研究表明模型的有效性高度取决于千变万化的温度作用模式。3种麦蚜均属高温敏感的种类， 近20年我国麦蚜加重发生在时空上与气候变暖高度吻合。本项目总结出近50年我国麦区温度变化的4个典型特征：日最高温升高、夜最低温升高、暖日频率增加、昼夜温差减小，利用气候箱试验上述温度变化模式对麦蚜发育、繁殖、存活等表型可塑性的影响，构建3种麦蚜的温度响应模型。用近10年不同地点的虫情和气象数据检验模型有效性；用气候情景数据结合构建的模型，模拟我国麦蚜发生情景。申请人在十几年麦蚜高温生态学和种群模型研究中积累了大量数据和经验，与国际最新进展比较在该方向的研究思路和方法创新上有一定实力。

通过分析气候变暖温度变化典型特征，试验模拟了日间最高温度、夜间最低温度、昼夜温差及极端高温幅度和频率的变化对3种麦蚜即麦长管蚜、禾谷缢管蚜和麦二叉蚜发育、繁殖、存活、种群适合度及种间相对优势度的影响。（1）发现忽略昼夜自然变温下日间最高温度的负面作用将低估温度对麦蚜发育、存活、繁殖、内禀增长率等种群适合度构成参数的不利影响，日间最高温度升高将对麦蚜产生明显的抑制作用。（2）揭示了热天暖夜对麦长管蚜生命参数和种群适合度的独特作用，与温和日间温度下夜间变暖促进昆虫表现不同，暖天夜间变暖极大地抑制了若蚜的存活，成蚜的表现和总的适合度，夜间最低温度升高进一步恶化了日间高温对成虫表现的不利影响。（3）明确了昼夜变温模式下3种麦蚜的表型可塑性均低于相应的恒温预测结果，昼夜温差增加对麦蚜发育、存活、繁殖、寿命及种群内禀增长率有负面影响。恒温下所得数据无法准确反映自然界昼夜温度变化对蚜虫表现的影响，在蚜虫的种群动态预测中需要考虑昼夜温度变化对生命参数的影响。（4）阐明了全球气候变化导致的极端高温事件幅度和频率增加与3种麦蚜种间相对优势度和群落结构之间的关系。高温强度和频率增加可导致禾谷缢管蚜的适合度升高，而麦长管蚜和麦二叉蚜的适合度则降低。田间模拟增温试验和为期6年的田间种群系统调查证实了极端高温事件改变了麦蚜的群落结构和相对优势度。全球大尺度空间数据分析也表明，麦长管蚜和麦二叉蚜在极端高温事件频率较小的中高纬度麦区为优势种；而禾谷缢管蚜在极端高温事件发生概率较大的低纬度地区占据明显优势。在河北廊坊、河南新乡、山西临汾、湖北武汉系统调查了麦蚜种群的田间动态数据，结合前期已有田间种群动态数据，提出性能优越的基于双系统协同进化的基因表达式算法，提高了麦蚜种群动态的预测准确性。构建本地气象数据库，开发了麦蚜种群动态预测预报软件，实现了利用气候情景数据对未来气候变暖下麦蚜种群动态的预测预报。本项目以3种麦蚜为模式系统，证实了全球气候变化打破了农业害虫群落原有的平衡，改变了害虫群落物种间的相对优势度，使优势物种发生了演替。研究结果在害虫气候变化生物学上具有创新意义。研究得出的结果，对提高气候变化条件下害虫预测水平，制定科学应对气候变化的害虫防治策略具有重要应用价值。